使用纹理映射(Texture Mapping)技术,我们把一张图片逐纹素(Texel)地控制模型的颜色。
美术人员建模时,会在建模软件中利用纹理展开技术把纹理映射坐标(Texture-Mapping Coordinates)存储在每个顶点上。纹理映射坐标定义了该顶点在纹理中的2D坐标。
纹理映射坐标通常是2维坐标(u,v)。也被称为UV坐标。(u为横向,v为纵向)
顶点UV坐标通常被归一化到(0, 1)范围内,但纹理采样的时候常常也有不在(0,1)范围内的坐标。
OpenGL中,纹理空间的原点位于左下角
DirectX中,纹理空间的原点位于左上角
导入纹理后,可以在材质面板调整其属性。如下图所示。
目前使用的是Default类型。未来法线纹理的学习中会使用Normal map类型。
决定当纹理坐标超过(0,1)时纹理如何被平铺。
1、Repeat模式下,如果纹理坐标超过1,那么它的整数部分会被舍弃,直接取小数部分采样。结果是纹理会不断重复。
2、Clamp模式下,如果纹理大于一,会被截取到1;小于0,会被截取到0。
决定纹理由于变换而产生拉伸时采用的滤波模式。影响放大或缩小纹理时得到的图片质量。
支持三种模式:(图片滤波效果依次提升,但性能耗费依次增大)
1、Point:
采用最近邻滤波(nearest neighbor),采样像素数量只有一个,有像素风格的效果。
2、Bilinear:
采用线性滤波,对于每个目标像素找到4个临近像素,对其进行线性插值混合后得到最终像素。
3、Trilinear:
与Bilinear几乎相同,只是会在多级渐远纹理之间进行混合。
纹理缩小的过程更加复杂一些,常用的技术是多级渐远处理技术(mipmapping)。
该技术将原纹理提前滤波处理成很多更小的图像,形成图形金字塔,每层都是上一层图像降采样的结果。当物体原理摄像机时,可以直接采用较小的纹理。但是,需要一定内存空间存储这些多级纹理,通常会多占用33%的内存空间。
勾选Generate Mip Maps选项以开启多级渐远纹理技术。
Unity允许我们设置不同平台的最大分辨率,Unity会缩放保证纹理分辨率不超过最大分辨率。
导入的纹理可以是任意形状,但长宽的大小必须为2的幂。(2,4,8,16,32……)
如果不是2的幂,会占用更多内存空间,产生性能下降,有些平台甚至不支持这种纹理。
Unity会帮助我们在内部将其缩放为2的幂。
决定Unity内部使用哪种模式存储纹理。精度越高,占用内存越大,但效果越好。
可以在面板最下方看到占用的内存空间。
在Shader中使用纹理计算漫反射。
定义如下属性:
Properties
{
_Color ("Color Tint", Color) = (1,1,1,1)
_MainTex ("MainTex", 2D) = "white" {} //white是内置纹理的名字
_Specular ("Specular", Color) = (1, 1, 1, 1)
_Gloss ("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20
}
属性块中声明了一个名为_MainTex的纹理。white是内置纹理的名字。
SubShader中的Pass语义块开头如下:
SubShader
{
Pass{
Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}
CGPROGRAM
#include "Lighting.cginc"
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;// 纹理的偏移/缩放值
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
_MainTex_ST的含义是纹理的偏移/缩放值。_MainTex_ST.xy存储缩放值,_MainTex_ST.zw存储偏移值。
接下来定义输入与输出结构体:
struct a2v{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f{
float4 pos : SV_POSITION;//裁剪空间下坐标
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;//世界空间下坐标
float2 uv : TEXCOORD2;//存储纹理坐标
};
a2v中的texcoord变量使用TEXCOORD0;语义,这样Unity会将模型的第一组纹理坐标存储在texcoord中。
定义顶点着色器:
v2f vert(a2v v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);//纹理坐标变换
//也可以这样写:o.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy + _MainTex_ST.zw;
return o;
}
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);
代码将顶点纹理坐标进行缩放变换。
编写片元着色器:
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
//归一化
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
//使用材质计算漫反射颜色
fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color.rgb;
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
//使用Blinn-Phong模型计算高光反射
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos));
fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);
return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);
}
ENDCG
首先把法线、光线方向归一化。
使用纹理计算漫反射颜色,计算漫反射光照。
最后使用Blinn-Phong模型计算高光反射。
输出ambient + diffuse + specular即可。
最终代码如下:
Shader "Unity Shader Book/Chapter7/SingleTexture"
{
Properties
{
_Color ("Color Tint", Color) = (1,1,1,1)
_MainTex ("MainTex", 2D) = "white" {} //white是内置纹理的名字
_Specular ("Specular", Color) = (1, 1, 1, 1)
_Gloss ("Gloss", Range(8.0, 256)) = 20
}
SubShader
{
Pass{
Tags{"LightMode" = "ForwardBase"}
CGPROGRAM
#include "Lighting.cginc"
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
fixed4 _Color;
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;// 纹理的偏移/缩放值
fixed4 _Specular;
float _Gloss;
struct a2v{
float4 vertex : POSITION;
float3 normal : NORMAL;
float4 texcoord : TEXCOORD0;
};
struct v2f{
float4 pos : SV_POSITION;//裁剪空间下坐标
float3 worldNormal : TEXCOORD0;
float3 worldPos : TEXCOORD1;//世界空间下坐标
float2 uv : TEXCOORD2;//存储纹理坐标
};
v2f vert(a2v v)
{
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.texcoord, _MainTex);//纹理坐标变换
//也可以这样写:o.uv = v.texcoord.xy * _MainTex_ST.xy * _MainTex_ST.zw;
return o;
}
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
//归一化
fixed3 worldNormal = normalize(i.worldNormal);
fixed3 worldLightDir = normalize(UnityWorldSpaceLightDir(i.worldPos));
//使用材质计算漫反射颜色
fixed3 albedo = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb * _Color.rgb;
fixed3 ambient = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.xyz * albedo;
//使用Blinn-Phong模型计算高光反射
fixed3 diffuse = _LightColor0.rgb * albedo * max(0, dot(worldNormal, worldLightDir));
fixed3 viewDir = normalize(UnityWorldSpaceViewDir(i.worldPos));
fixed3 halfDir = normalize(worldLightDir + viewDir);
fixed3 specular = _LightColor0.rgb * _Specular.rgb * pow(max(0, dot(worldNormal, halfDir)), _Gloss);
return fixed4(ambient + diffuse + specular, 1.0);
}
ENDCG
}
}
FallBack "SPECULAR"
}
最终效果如下:
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